衝壓自動線車門外板廢料利用工藝分析及應用

針對車門外板材料利用率低的問題,進行了車門外板利廢工藝分析。透過從利廢零件確定、利廢零件及車門外板工藝最佳化、廢料線上自動收集、利廢零件除錯等方面的努力,實現了車門外板視窗廢料的再利用,提高了材料利用率、降低了生產成本。該方案創新性的實現了廢料直接用於生產,無需二次剪下,減少了板料劃傷;創新性的實現了廢料的線上收集、自動堆垛,提高了自動化水平和勞動效率。

汽車駕駛室的零件中有大量的金屬衝壓件,衝壓件成本主要包括:材料費、加工費、裝置工裝攤銷費、人工費、運輸費等,其中材料費佔衝壓成本的60%以上,因此提高衝壓件材料利用率對於整車降成本意義重大。目前提升衝壓件材料利用率的方式有:最佳化產品結構、最佳化落料排樣、廢料利用,採用成雙、淺拉延、套裁工藝等多種,其中廢料利用是將被切除的完整廢料回收、用於其他零件生產的方式。廢料利用能夠大幅提升材料利用率,尤其是針對自動線大型覆蓋件廢料的回收。本文針對某車型車門外板材料利用率低的現狀,透過採用廢料利用方法,提升材料利用率,降低製造成本。

總體方案

如圖1 所示,某商用車型衝壓件車門外板由於產品造型原因,視窗廢料被切除,零件材料利用率低,僅為47。3%。為提高材料利用率、降低生產成本,對車門外板視窗廢料進行再利用。主要研究內容有:(1)利廢零件確定;(2)工藝設計及最佳化;(3)廢料線上自動收集;(4)利廢零件除錯。

衝壓自動線車門外板廢料利用工藝分析及應用

圖1 車門外板拉延件與成品件對比

利廢零件確定

為了選取合適的利廢零件,需要保證車門外板視窗廢料與利廢零件的材料規格相同,零件尺寸適中。

利廢零件梳理

車門外板的材料牌號為ST13,厚度為1。0mm,視窗的尺寸約為850mm×550mm。根據視窗的尺寸,從該車型111 種薄板衝壓零件中篩選出6 種尺寸適中的零件。依據材料利用率最高及工藝性最優的原則,初步選擇擬利廢產品為車門加強板,如圖2 所示。

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圖2 車門加強板

材料規格更改

由於圖2 的加強板材料牌號為ST12,厚度為0。9mm,與車門外板視窗廢料的材料規格不一致,因此需要對車門某加強板進行產品更改。透過與設計部門研討,經過CAE 分析驗證,同意車門某加強板材料規格的變更,即將車門某加強板材料規格變更為ST13/1。0mm。由此最終確定車門某加強板為最終利廢零件。

工藝設計和最佳化

廢料收集後,通常需要根據利廢零件的毛坯尺寸進行二次剪下。二次剪下不僅增加了人工工時,也會導致板料劃傷。為解決上述不足,我們創新性的提出了車門外板視窗廢料直接用作利廢零件的毛坯、無需二次剪下的方案。為實現該方案,需要從利廢零件工藝設計和車門外板工藝最佳化兩方面開展工作。

利廢零件工藝設計

在對零件的衝壓成形過程進行分析時,需不斷對板料輪廓進行調整,以達到利廢零件成形性最優。圖3 為利廢零件的成形性分析結果,可以看出零件成形性較好,從而確定利廢零件板料輪廓。

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圖3 利廢零件成形性分析

車門外板工藝最佳化

(1)拉延模面設計。

根據利廢零件板料輪廓,需要對車門外板視窗位置拉延模面進行設計;另外,車門外板拉延後視窗位置的材料變形率不能過大,以免影響利廢零件的拉延穩定性,因此需對車門外板視窗位置的變形率進行分析。圖4 為車門外板減薄率分析結果,視窗位置的減薄率在4%以下,即拉延後視窗廢料的厚度約0。96mm,滿足料厚(1±0。09)mm 的公差要求。

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圖4 車門外板減薄率分析

(2)廢料切斷工藝設計。

為保證車門外板生產過程中廢料滑出順暢,原有工藝方案如圖5(a)所示,將工藝補充的廢料切碎,但這種工藝方案使得車門外板視窗廢料被切碎,無法完整的收集。為確保車門外板視窗廢料的完整性,同時保證廢料形狀與利廢零件板料形狀一致,對原有工藝方案進行如圖5(b)所示的最佳化。

(3)端拾器吸盤佈置。

衝壓自動線利用端拾器上的吸盤實現各序零件的傳遞。如圖6 所示,預留視窗廢料抓取的位置,保證廢料抓取穩定可靠。

廢料線上自動收集

自動線廢料收集方式介紹

衝壓自動線廢料回收方式可分為線側回收、線尾回收和線內回收三種。

線側回收是指在模具廢料出口增設皮帶機,廢料由皮帶機傳輸到工作臺外,該收集方式的缺點是新制皮帶機的投入成本高、製造週期長,並且需對壓力機安全門改造。線尾回收是指透過設計專門託料架,採用端拾器抓取廢料到線尾,再進行人工收集的方式,該收集方式無法實現自動收集、堆垛。線內回收是指在自動線內工作臺上放置廢料回收裝置,但該收集方式一般只能實現廢料線上收集,不能實現自動堆垛。

廢料線上收集裝置的設計與實現

基於現有廢料收集方式的不足,我們創新性的提出了車門外板視窗廢料的線上收集、自動堆垛的方案,可提高自動化水平和勞動效率,避免人工碼放的板料劃傷問題。

(1)設計方案。

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圖5 車門外板工藝最佳化

圖6 吸盤佈置示意

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圖7 廢料線上收集裝置

如圖7 所示,該裝置包括料盤本體、零件支撐杆和廢料導向杆。料盤本體用於盛裝廢料,帶有快速定位孔、零件支撐杆夾緊裝置、廢料導向杆安裝孔和廢料導向杆存放區。零件支撐杆,用於支撐衝壓零件。頂端採用聚氨酯材質的支撐塊,與支撐杆螺紋連線,可調節高度,以保證支撐塊和零件穩固接觸。為保證導向穩固、無晃動,零件支撐杆與料盤本體可用螺絲進行手動緊固。廢料導向杆,用於保證廢料片準確滑落到指定位置。杆頂端有斜度,用於導正廢料。廢料導向杆可快速安裝於料盤本體的導向杆孔洞中,也可拆卸置於料盤本體四周的廢料導向杆存放區。導向杆高度與線首毛坯板料數量一致,保證自動線線首換料和空工位廢料裝置拆卸同時進行,減少不必要的生產停歇。

(2)除錯驗證。

車門外板所在自動生產線為1×2000t+4×1000t 的壓機組合方式,其工序內容為“拉延修邊衝孔修邊翻邊空工位”,因此可將廢料收集裝置安裝於空工位壓機工作臺上。透過現場除錯和批次驗證,實現了車門外板視窗廢料的線上收集、自動堆垛,如圖8 所示。

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圖8 廢料收集裝置實物

利廢零件除錯

除錯問題描述

在利廢零件實際除錯過程中,出現圖9 所示的翻邊區域性型面超差問題,影響下序裝配。

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圖9 利廢零件尺寸超差

問題分析及整改

經過分析,由於視窗廢料存在拉延硬化,二次成形後存在翻邊回彈問題,尺寸精度控制困難。因此,可以在原產品上新增圖10 所示的三角筋和豎筋,以控制翻邊回彈,最終調試出合格零件。

總結

透過對車門外板視窗廢料的利用,車門外板材料利用率由原來的47。3%提升至50。3%,單車節約成本18。2 元;若按年生產7 萬輛計算,每年節約材料成本127。4 萬元。

本文主要在兩個方面提出了創新性方案:(1)針對廢料收集後通常需進行二次剪下的不足,本次實現了車門外板廢料直接用於利廢零件生產,降低了人工工時,避免了板料劃傷。(2)針對衝壓專業內廢料收集改造量大、自動化低的不足,本次設計了一種自動線線上收集裝置,實現了車門外板視窗廢料的線上收集、自動堆垛。該裝置結構簡單,易於實現,提高了自動化水平和勞動效率,避免人工碼放的板料劃傷問題。

衝壓自動線車門外板廢料利用工藝分析及應用

圖10 利廢零件產品更改

衝壓自動線車門外板廢料利用工藝分析及應用

金鍵

衝壓工藝工程師,主要從事商用車駕駛室衝壓產品的生產準備及現場生產維護工作,並承擔一汽解放全新J7 駕駛室白車身及保險槓工藝開發及產業化應用專案。

——來源:《鍛造與衝壓》2021年第4期